摘要：本文介紹山西兆豐鋁業公司自備電廠設計3臺135MW循環硫化床機組，于2006年6月相繼投產發電，投產以來，由于風機出力不滿，風機等效使用效率不高，廠用電率舉高不下，原風機采用液力耦合器調速方式，該調節方式在滿負荷時相能對經濟運行，但在低轉速情況下，能量損失嚴重，因此電廠必須對有節能空間的輔機進行變頻器調節改造，自備電廠首先選擇引風機進行了技術改進。
  1、引風機改造前現狀
  自備電廠為3×135WM循環硫化床發電機組。三臺機組六臺引風機全部采用液力耦合器調節方式，液力耦合器是通過控制工作腔內工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉速的，電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進行加速，被加速的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負載，這樣，可以通過控制工作腔內的油壓來控制輸出軸的力矩，達到控制負載的轉速的目的。液力耦合器調速范圍在20%～95％之間，其效率基本上與轉速成正比，隨著輸出轉速的降低，效率基本上成正比下降。100%轉速時效率95%，75%轉速時效率約72%，20%轉速時效率約19%，液力耦合器用于風機，其軸的輸出功率與轉速的三次方成正比，當轉速下降時，雖然液力耦合器效率與轉速成正比下降，但電動機綜合軸功率還是隨著轉速的下降成二次方比例下降，因此低轉速時，風機的綜合效率很低，電機耗能相對較大。引風機電機設計參數如下： 

  2、改造實施方案
  1、變頻器選型配置方案
  按照引風機電機容量，選用北京合康億盛變頻科技股份有限公司生產的變頻器HIVERT-Y06/220，額定輸出電流為220A。保留現有的引風機電動機和高壓開關，考慮6kV配電室位置情況，我們將除塵器配電室空余空間位置隔離設置為變頻器間，變頻器電纜用原引風機動力電纜，變頻器至風機電纜重新布置。變頻器控制電源采用380V控制，電源一路取源于變頻器變壓器變壓交流380V，另一路取于機組380V系統，兩路電源可以自動切換無需人工調整。變頻器間電纜溝道在原電纜溝的基礎上進行完善，保證滿足施工要求。
  2、引風機改造：由于原引風機使用液力耦合器進行調節，變頻改造后，電機由變頻器拖動進行變頻運行，必須將液力耦合器拆除。但是拆除液力耦合器后電機和風機間連接軸的空間距離太長，扭距大容易造成變形，造成系統停機，因此在原液力耦合器位置專門進行設計制作了連接軸，并考慮在軸中位置設計支撐聯軸器，軸的設計考慮了在0～50Hz范圍內沒有共振點。
  3、控制回路改造
  變頻器的控制與原來的DCS連接起來，控制電纜由變頻器至DCS系統控制柜敷設，相關的控制信號引入到DCS控制系統，可以實現遠控和就地控制，變頻器的加減頻率在DCS系統操作員站進行，調節頻率范圍為0～50Hz，變頻的狀態及控制信號在DCS系統進行顯示，滿足遠方操作控制的要求。
  4、變頻器的主要功能設置
  （1）變頻器改造時原電機及保護回路不加任何改動可直接應用。
  （2）變頻器內部通訊采用光纖連接，可以有效提高控制信號通訊速度和抗干擾能力，變頻器內部強弱電信號分開布置，通過光電隔離、鐵殼屏蔽技術消除了控制的諧波影響
  （3）變頻器冷卻風扇一用一備冗余設計，單臺冷卻風機故障不影響系統正常運行，并可實現在線檢修。
  （4）6kV主電源故障時，變頻器供電可保持3秒鐘，一旦主電源重新受電，裝置系統能自動恢復正常工作而無需運行人員的任何干預，以滿足主電源母線系統快切需求。
  （5）變頻器設計有電動機所需的過載、過流、過壓、欠壓、過熱、缺相保護以及進線變壓器的保護和變頻器過載，變頻器過熱等全部保護功能。
  （6）變頻器動力電源和控制電源分開供電，動力電源為變頻調速系統內部供電，控制電源獨立于動力電源系統，變頻器自備UPS，可維持30min，控制電源故障時，變頻器不能立即停機。
  （7）變頻器在0～50Hz范圍內進行調整，調節范圍廣，輸出電壓穩定。
  3、改造中重點考慮的幾個問題
  1、變頻器做單獨接地網，接地網與電氣地網隔離，保證變頻器投運后對其他設備不產生干擾。
  2、引風機原由電機非專用變頻電機，改造后電機冷卻風量不足，電機溫升不能超標。
  3、考慮電機全壓啟動對廠用6KV母線的影響及對電機和風機的影響。
  4、現有的風機電機連接所用的液力偶合器拆除后，連接軸必須進行認真計算設計，要充分考慮在整個調頻范圍內風機的共振問題。
  5、變頻器及變頻控制室的散熱通風設計。
  4、改造后經濟效益分析
  1、節能分析
  機組在100%、80%兩種負荷運行方式下電機狀況統計 

  Pg=1.732×6.3×I×cosφ
  （1）機組在100%負荷運行方式下引風機電機變頻改造前后能耗比較
  不使用變頻器調節模式：Pg=1391kw
  使用變頻器調節模式：
  風機效率：μf=0.63
  傳動效率：μt=0.97
  電機效率：μd=0.95
  變頻器效率：μb=0.965
  風機出口流量：Q=115m3/s
  風機出口壓力：H=-5.4kPa
  Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/（μf×μt×μd×μb）=115×5.4/（0.63×0.97×0.95×0.965）=1108kW
  節能效果：μ=(Pg-Pb)/Pg=（1392-1108）/1392=20%
  （2）機組在80%負荷運行方式下引風機電機變頻改造前后能耗比較
  不使用變頻器調節模式：Pg=1298kw
  使用變頻器調節模式：
  風機效率：μf=0.63
  傳動效率：μt=0.97
  電機效率：μd=0.95
  變頻器效率：μb=0.965
  風機出口流量：Q=115m3/s
  風機出口壓力：H=-4.3kPa
  Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/（μf×μt×μd×μb）=115×4.3/（0.63×0.97×0.95×0.965）=883kW
  節能效果：μ=(Pg-Pb)/Pg=（1298-883）/1298=30%
  （3）單臺引風機節能計算
  機組80%負荷運行，單臺引風機年使用300天，共計7200小時，935萬KW/h。 

  經濟效益計算：按照每度電0.3元計算，單臺引風機每年節約88萬元。
  5、結論
  變頻器改造，不僅提高設備的安全可靠性，提高了工藝流程的自動化水平，減少事故率，更為企業節約降耗提高經濟效益作出貢獻，在國家大力倡導節能減排，減少環境污染政策的指引下，推廣和使用變頻器必將是降低能源消耗的有力措施。